일취월장 중국 기술경쟁력: 양자통신기술의 발전 현황
홍성범 소속/직책 : 과학기술정책연구원 연구위원 2014-09-18
■ 최근 중국 기술경쟁력의 급부상은 기존의 모방 기술에 의한 가격경쟁 우위라는 중국 경쟁력에 대한 새로운 평가가 제기되고 있음
- 지난 9월 5일~10일 독일 베를린에서 개최된 글로벌 전자 제품 전시회 'IFA 2014'에서 최대의 화두는 ‘차이나’였음. TCL은 110인치 커브드 UHD(초고화질) TV, '양자점(量子點·Quantum dot)' TV를 공개, 세계 최대', '세계 최초'라고 강조. 화웨이는 6.1인치 대화면 스마트폰 '어센트 메이트4'와 스마트워치 '토크밴드(Talkband)' 전시. 하이얼, 하이센스는 스마트폰과 가전제품을 연계 원격 조종하는 '스마트홈(smart home)' 서비스 공개
* 양자점은 물질 크기가 몇 나노미터 수준으로 줄어들 때 전기적·광학적 성질이 두드러지게 변화하는 반도체 나노 입자를 말함. 입자 크기에 따라 다른 길이의 빛 파장이 나오기 때문에 다양한 색을 낼 수 있는 것이 특징, 기존 발광체와 비교해도 색 순도와 광 안정성이 높아 차세대 발광 소자로 각광받고 있음. 기존 LCD(액정디스플레이) TV보다 훨씬 선명하고 얇게 제작하는 것이 가능하고 제조 원가도 OLED(유기발광다이오드) TV보다 저렴
- 그동안 상호 보완적인 동반성장을 해온 한․중 관계는 기술격차가 좁혀지면서 강력한 수출 경쟁국으로 변화. 한국 10대 수출품목 중 중국 하이테크 제품은 10여 년 사이 2배 이상 증가
* 샤오미의 돌풍으로 2분기 중국 휴대폰시장에서 삼성전자 점유율 급락, 조선업에서 선박 수주량과 건조량, 수주잔량에서 2년 연속 중국이 1위를 차지, 철강 중 4개 품목 중국 1위
- 8월부터 활황세에 접어든 중국 주식시장에서 유망종목으로 첨단기술기업에 대한 추천이 강화되고 있음.
* 9월 중국 주식시장 유망재료: 국유기업개혁, 철도개혁, DNA염기서열, 스마트보안, 자동차인터넷, 양자통신, 베이도우(北斗) 중국식GPS 등
■ 양자역학 기본 원리에 기반을 둔 양자통신은 효율성이 높고 절대적인 통신보안의 특징을 가지고 있어 국제적으로 양자물리와 정보과학 연구 분야의 빅 이슈로 부상하였음.
- 양자통신은 양자얽힘효과(Quantum entanglement effects)를 이용하여 정보를 전달하는 새로운 패러다임의 통신방식으로서 0과 1의 형태로 표현할 수 없거나 곤란한 형태의 정보를 생성, 전송, 처리, 저장하는 수단을 제공
- 1990년대 중반부터 발전된 양자컴퓨팅 기술 및 양자오류정정부호 기술 그리고 양자정보이론 기술 등을 기반으로 발전해 오고 있으며 최근 들어 국내외에서 많은 관심과 연구 성과가 나오고 있음.
- 중국 과학자들도 최근 몇 년간 양자통신기술 기초연구와 응용 연구를 적극 추진해왔으며 특정 연구 분야에서 세계 최초, 세계 최고 수준에 달하는 연구개발 성과를 달성하여 국제 과학기술계의 높은 관심을 받고 있는 상황임.
■ 향후 10년, 중국에서 획기적인 성과를 창출할 가능성 있는 과학기술분야로 양자통신기술 부상
- 중국과학원은 <과기발전 신추세와 2020년을 향한 전략적 선택>(2013.4)을 발표한 바 있는데 특히 양자통신기술, 모듈육종/게놈분석기술, 줄기세포기술, 유비쿼터스 네트워크기술, 고성능 첨단소재기술, 석탄자원 청정종합이용기술, 지구심층탐사기술, 폐기물 재활용기술, 유인우주선 등 우주공정기술, 심해탐사기술(유인잠수정) 등 19개 분야를 선정, 집중 투자분야를 제시
- 양자통신이 도시와 도시 간 통신응용을 실현하여 새로운 전략적 신흥산업을 형성하고, 위성-지상 양자통신 등 우주공간 양자실험 분야에서 중국은 세계 최초로 획기적인 성과를 창출할 가능성이 있을 것으로 판단
- 중국은 양자정보 연구 분야에서 세계적 수준에 도달해 있음. 향후 이 분야에서 지속적 우위를 확보하기 위한 중점 추진분야를 다음과 같이 선정. 첫째, 대규모 양자정보처리기술을 집중 공략하고 실제응용이 가능한 광대역양자통신기술 기반을 마련함으로써, 통신보안을 획기적으로 제고 둘째, solid-state 양자컴퓨터, 양자부품 및 관련 소프트웨어시스템 개발을 강화하고 광자, 냉증기원자(cold atomic) 및 양자점 등 양자계산 유닛을 개발하여 50~100개 양자 Coherent Manipulating을 실현 셋째, 냉증기원자 등 물리체계를 이용해 복잡하고 체계적인 양자 시뮬레이션을 구현 등임.
■ 중국 양자통신 연구계의 슈퍼스타, 판지엔웨이(潘建偉) 위앤스(院士)
- 안휘성 허페이(Hefei) 중국과학기술대학에 설립된 '허페이(合肥) 마이크로 사이즈 물질과학 국가 실험실'에서 판지엔웨이(潘建偉) 위앤스(院士) 연구팀은 "냉 원자 양자저장기술(Cold Atoms storage technology)'을 이용하여 세계 최초로 저장 및 판독 기능을 보유한 얽힘 교환을 실현하였으며, 300m 광섬유로 연결된 두 개의 '냉 원자 시스템' 간의 양자 얽힘을 실현
- 이런 실험성과는 장거리 양자통신 연구에서 직면한 '양자 중계기' 과제를 완벽히 해결하였기 때문에 미래 광대역 양자통신 네트워크 구축을 위한 탄탄한 과학 기반을 구축할 수 있게 되었음.
- 판지엔웨이 원사 연구팀은 100km 자유 공간 양자 스텔스 전송 형태와 얽힘 분류 발사를 실현함으로써 세계 최초의 '양자통신 위성' 발사를 위한 기술 기반을 구축하였음. 관련 연구 성과는 '네이처(Nature)'에 발표
- 양자 정보는 전송 효율성이 높고 절대적으로 안전한 특징을 보유하고 있기 때문에 차세대 IT 기술지원 연구에 속하는 동시에 글로벌 물리학 연구의 선행 및 이슈 분야로 되고 있음. 중국의 최근 10년간의 양자 얽힘 상태, 보정(Correction), 저장 등 핵심 분야에서 달성한 중대한 성과에 기반 하여 중국과학원은 2011년 '우주과학 전략적 선도 과학기술 전문 프로젝트'를 공식 가동하였으며, 2015년 세계 최초의 '양자통신 위성'을 발사한다는 목표를 확정
- 판지엔웨이 연구팀은 칭화(淸華)대학 마슝펑(馬雄峰) 교수 연구팀과 공동으로 세계 최초의 측정 설비와 무관한 안전한 양자 보안 키 분류 발송을 실현. 이 실험을 통해 양자통신의 보안문제를 완벽히 해결
■ 중국 양자통신 기술 수준
- 러시아 과학자들은 관련 학술지를 통해 "중국은 양자통신 분야에서 이미 세계 선행 지위를 차지하고 있으며 양자통신 기술을 잠수함에서 시범 응용함으로써 심층 해저의 통신보안 측면에서 중대한 성과를 달성하였다. 또한 세계 최초로 100km 거리 양자 정보 전송을 실현하는데 성공함으로써 세계 최초의 양자통신 위성 발사를 위해 기술 기반을 구축하였다"고 평가.
- '타임(Time)'지는 중국의 양자통신기술 연구개발 및 응용 수준에 대해 높이 평가하면서 양자통신기술을 통해 중국 인민해방군은 순간적으로 군사 정보를 전송하기 때문에 파괴되거나 가로채는 문제를 피할 수 있는 능력을 보유하였다고 평가. 양자통신기술은 높은 암호화 수준과 보안 능력으로 중국 인민해방군의 지휘 및 제어 능력을 대폭 향상시킬 수 있으며, 중국이 정보전 분야에서 미군을 능가할 수 있을 가능성도 있다고 평가
- 기존 통신기술에 비해 양자통신은 보안, 대용량, 원격 전송의 우위를 가지고 있어 국방 분야 뿐 아니라 경제발전 및 산업 측면에서도 중요한 역할을 할 수 있음. 중국은 현재 양자통신 분야 핵심기술 연구에서 세계 선행 위치를 차지하고 있으며 국제적으로 중요한 영향력을 발휘
■ 중국 정부의 양자통신기술 연구에 대한 지원
- 2010년 7월 안휘성(安徽省) 허페이시(合肥市)에 '합비 시내 양자통신 시범 네트워크'를 구축, 2012년 3월 30일 공식 운행 추진. 북경(北京), 지난(濟南), 우루무치(烏魯木齊) 등에 도시구역 양자통신 네트워크도 현재 구축 중에 있음
- 2013년 9월 30일 판지엔웨이 위앤스는 시진핑(習近平) 국가 주석과 정치국 상임위원들에게 최신 양자통신 시스템 데모를 진행하면서 우주 양자과학위성, 양자통신 베이징(北京)-상하이(上海) 백본망 구축 현황에 대한 소개. 전폭적인 정부지원 지시
- 과학기술부는 '국가 중대 기초과학 연구 프로젝트(973 계획)', '국가 첨단기술 산업화 프로젝트(863 계획)' 등을 통해 양자통신기술 연구개발을 중점 지원, 중국과학원은 '중국과학원 혁신프로젝트'를 통해 지원
- 2014년 9월12일 상해푸동지역에 상해-중국과기대 양자공정탁월성센터(上海中科大量子工程卓越中心)를 설립, 본격적인 글로벌 연구개발 및 산업화 추진
■ 정책적 시사점
- 중국 정부의 기술혁신전략은 새롭게 부상하고 있는 이머징 분야, 선진국과의 기술수준 차이가 적은 분야 등에 집중적으로 자원을 투자하는 도약전략(leap frogging)을 추진하고 있으며, 양자통신기술 분야는 대표적인 사례임.
- 양자통신기술 분야는 군사보안 측면에서 중요한 역할을 수행할 뿐 아니라 미래의 먹거리인 신흥산업으로서 유망한 분야임, 최근 중국 정부의 기술개발 프로그램에서 민군겸용성 기술(dual use technology)에 대한 지원이 강화되고 있음.
- 중국정부는 기존의 기초연구-응용연구-시험개발을 통한 사업화라는 단선적인 기술혁신단계보다는 기초연구에서 사업화까지의 시간적인 단축을 시도하는 과학산업화를 지속적으로 추진하고 있음. 특히 기초과학과 국방 분야에서 우위기술을 활용하는 기술사업화가 집중적으로 추진되고 있음.
- 中國科學院, 科技發展新態勢與面向2020年的戰略選擇, 科學出版社, 2013.4
- http://opinion.haiwainet.cn/n/2013/1008/c232601-19768827.html
- http://www.qianzhan.com/military/detail/275/131009-773f26b6_2.html
- http://scitech.people.com.cn/n/2013/1009/c1007-23132244.html
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